Un computer quantistico che funziona interamente a temperatura ambiente, senza bisogno di raffreddamento criogenico, dalla generazione dei fotoni fino alla lettura dei risultati. È il prototipo presentato a Padova da Rotonium, startup deep tech italiana fondata da Roberto Siagri e Fabrizio Tamburini, che punta a sviluppare processori quantistici compatti e integrabili nei sistemi elettronici e industriali.
Il prototipo utilizza un processore quantistico fotonico da quattro qubit effettivi, realizzato su un chip di appena 18 per 4 millimetri. La dimensione del chip non coincide naturalmente con quella dell’intero computer, ma indica il potenziale di miniaturizzazione della tecnologia sviluppata dalla startup.
La novità principale riguarda l‘eliminazione della necessità di raffreddamento criogenico lungo tutta la catena quantistica: dalla sorgente dei singoli fotoni al processore, fino ai rivelatori. Si tratta di una caratteristica importante perché una parte delle attuali architetture di calcolo quantistico, come quelle basate sui circuiti superconduttori, richiede temperature estremamente basse e apparati di raffreddamento complessi e costosi.
L’obiettivo di Rotonium non è quindi soltanto aumentare la capacità di calcolo, ma rendere progressivamente possibile l’impiego di acceleratori quantistici anche al di fuori dei grandi centri di ricerca e dei data center specializzati, avvicinandoli ai luoghi in cui i dati vengono generati e utilizzati.
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Come funziona il processore quantistico fotonico di Rotonium
Il funzionamento della tecnologia sviluppata da Rotonium si basa sull’utilizzo dei fotoni, le particelle della luce, per codificare e manipolare l’informazione quantistica.
A differenza di altre architetture, la soluzione sfrutta diverse proprietà fisiche di un singolo fotone, definite gradi di libertà, tra cui il momento angolare orbitale. Attraverso questo approccio è possibile rappresentare più qubit all’interno di un singolo fotone ed eseguire operazioni logiche tra di essi.
Secondo quanto comunicato dalla startup, il processore presentato dispone di quattro “qubit effettivi”, espressione con la quale Rotonium identifica i qubit utilizzabili contemporaneamente in un calcolo verificato, nelle condizioni di prova dichiarate.
Il risultato rappresenta un primo passo verso lo sviluppo di processori più potenti, ma non consente ancora di valutare le prestazioni della tecnologia su applicazioni industriali reali. Per questo saranno importanti i successivi sviluppi in termini di capacità di calcolo, gestione degli errori e integrazione nei sistemi elettronici.
La tecnologia, al centro di sei famiglie brevettuali, 25 domande di brevetto e quattro brevetti già concessi, combina circuiti fotonici e metodologie proprietarie per la gestione degli errori. L’architettura è inoltre progettata per utilizzare processi produttivi compatibili con la fotonica su silicio, con l’obiettivo di facilitarne una futura industrializzazione.
La scelta della tecnologia fotonica, spiega Fabrizio Tamburini, cofondatore e Chief Quantum Officer di Rotonium, permette di affrontare alcuni dei limiti fisici e tecnologici che rendono complessa la realizzazione dei computer quantistici. Il sistema sfrutta diverse proprietà fisiche dei singoli fotoni per codificare ed elaborare l’informazione quantistica, riuscendo a operare interamente a temperatura ambiente, senza ricorrere alla criogenia.
Un altro aspetto fondamentale riguarda la gestione degli errori, affrontata attraverso un’architettura proprietaria progettata per contenere la complessità del sistema.
“Il prototipo da quattro qubit effettivi rappresenta un passaggio importante: dimostra la possibilità di sviluppare circuiti fotonici compatti e costituisce la base sulla quale lavorare per aumentare progressivamente la capacità di calcolo”, sottolinea Tamburini.
Dall’edge computing all’edge quantum computing: le applicazioni industriali
La prospettiva industriale sulla quale lavora Rotonium è quella dell’edge quantum computing: portare capacità di elaborazione quantistica direttamente nei dispositivi e nei sistemi che producono e utilizzano i dati, anziché concentrare tutte le elaborazioni in grandi infrastrutture centralizzate.
Il principio richiama quello dell’edge computing tradizionale, con una differenza sostanziale: le elaborazioni affidate agli acceleratori quantistici sfrutterebbero le proprietà dei sistemi quantistici per affrontare specifiche classi di problemi.
Tra i possibili ambiti applicativi individuati dalla startup figurano robotica, veicoli a guida autonoma, sistemi industriali e satelliti. Si tratta di contesti nei quali dimensioni, peso e consumi energetici possono rappresentare vincoli particolarmente stringenti.
Una delle applicazioni prospettate riguarda la pianificazione dei percorsi e dei movimenti, con l’obiettivo di aumentare l’efficienza delle operazioni e ridurre i consumi energetici. Un altro campo di interesse è l’elaborazione avanzata delle immagini, per il riconoscimento di oggetti e particolari anche in condizioni di scarsa illuminazione.
Rotonium guarda inoltre alle possibili applicazioni nell’intelligenza artificiale eseguita direttamente a bordo dei dispositivi e nell’elaborazione delle informazioni raccolte da sensori quantistici.
In prospettiva, l’integrazione tra sensori quantistici, sistemi di calcolo e comunicazioni quantistiche potrebbe contribuire allo sviluppo di una nuova generazione di sistemi IoT. Si tratta tuttavia di possibili applicazioni future, non di capacità industriali già dimostrate dal prototipo.
La roadmap: 16 qubit nel 2028, acceleratori PCIe nel 2029 e 96 qubit nel 2030
Il percorso di sviluppo annunciato da Rotonium prevede una progressiva crescita della capacità di calcolo, accompagnata dalla riduzione delle dimensioni dei sistemi e dalla loro integrazione nelle architetture elettroniche tradizionali.
Il primo traguardo è previsto per il 2028, con una macchina in formato desktop tower da 16 qubit effettivi.
Nel 2029 la startup punta a realizzare un acceleratore quantistico da oltre 32 qubit effettivi su scheda PCI Express (PCIe). È un passaggio particolarmente interessante dal punto di vista industriale: lo stesso formato utilizzato per collegare ai computer e ai server componenti aggiuntivi, come le GPU, potrebbe permettere di affiancare un acceleratore quantistico ai processori convenzionali.
Nel 2030 l’obiettivo è raggiungere i 96 qubit effettivi e sviluppare un System-on-Module, cioè un modulo elettronico compatto integrabile direttamente nei dispositivi.
La prospettiva di più lungo periodo è arrivare a migliaia di qubit effettivi entro il 2035, trasformando progressivamente la tecnologia da piattaforma sperimentale a componente utilizzabile nei sistemi industriali e nelle infrastrutture digitali.
Un possibile ambito di utilizzo riguarda anche i data center dedicati all’intelligenza artificiale. L’idea è affidare agli acceleratori quantistici alcune elaborazioni specifiche per ridurne il fabbisogno energetico. Gli eventuali vantaggi dovranno però essere verificati sulle singole applicazioni, considerando non soltanto il consumo del processore, ma quello dell’intero sistema e la qualità dei risultati ottenuti.
Siagri: “Non conta soltanto quanti qubit riusciamo a sviluppare, ma quanto siano realmente utilizzabili”
La strategia industriale di Rotonium punta dunque a privilegiare non soltanto la crescita delle prestazioni, ma anche le caratteristiche che possono rendere concretamente utilizzabile un sistema quantistico in un ambiente produttivo.
Per Roberto Siagri, cofondatore e amministratore delegato di Rotonium, la sfida è rendere il calcolo quantistico accessibile anche alle imprese che non dispongono delle risorse necessarie per realizzare grandi infrastrutture specializzate. Per raggiungere questo obiettivo, sostiene, occorre superare una valutazione delle tecnologie basata esclusivamente sul numero di qubit.
“Non conta soltanto quanti qubit riusciamo a sviluppare, ma quanto siano realmente utilizzabili”, sottolinea Siagri. È il principio che la startup definisce Industrial Quantum Utility, un approccio che considera, accanto alle prestazioni, anche dimensioni, peso, consumi, costi e affidabilità dei sistemi, tutti fattori determinanti per il loro impiego industriale.
La questione riguarda anche la capacità di trasformare i risultati della ricerca in prodotti commercializzabili. “L’Italia ha competenze scientifiche e tecnologiche per giocare un ruolo importante in questa trasformazione. La sfida è riuscire a trasformarle in prodotti, imprese e capacità industriale, accompagnando la ricerca con investimenti e una visione di lungo periodo”, conclude Siagri.
Fondata nel 2022, Rotonium ha intanto avviato un round di finanziamento di Serie A per sostenere lo sviluppo tecnologico, la miniaturizzazione dei processori e il percorso verso l’industrializzazione.
La sfida sarà verificare se l’architettura fotonica riuscirà a crescere in capacità di calcolo conservando i vantaggi di compattezza e funzionamento a temperatura ambiente. È da questo passaggio che dipenderà la possibilità di portare il quantum computing dalle piattaforme sperimentali a una nuova generazione di acceleratori utilizzabili nell’industria.
